JP2005331848A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２枚偏光板方式の半透過型又は反射型の液晶表示装置において、反射表示時の視差、混色、及び輝度低下を抑制する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 液晶表示装置１０は、液晶層１３を挟んで相互に対向する、前面側の上部基板１２及び背面側の下部基板１１と、上部基板１２の前面側及び下部基板１１の背面側にそれぞれ配設される上部偏光板２３及び下部偏光板２１と、下部偏光板２１の背面側に配設される反射板２２とを備える。液晶層１３と反射板２２との間の距離Ｄが、0.8ｍｍ以下である。
【選択図】 図９

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ：liquid crystal display）に関し、更に詳細には、２枚偏光板方式の半透過型又は反射型の液晶表示装置に特に好適に適用できる液晶表示装置の構造に関する。

液晶表示装置は、光源と、光源から発せられた光の通過及び遮断を画素毎に行うライトバルブとから構成される。高密度及び高画質表示が可能なライトバルブとして、マトリクス状に配列された画素を、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）又はＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオードをスイッチング素子として駆動させるアクティブマトリクス駆動方式のものが知られている。

液晶表示装置には、バックライトを光源として備える透過型、及び、外部からの入射光を装置内部に備える反射板によって反射し、これを光源とする反射型が知られている。反射型の液晶表示装置は、バックライトを不用としたことにより、透過型の液晶表示装置と比べて低消費電力化、薄型化、及び軽量化が達成でき、主に小型で軽量が必要とされる携帯型端末に利用される。透過型の液晶表示装置は、周囲が暗い場合においても良好な視認性を維持できる特長を有する。

反射型及び透過型の双方の特長を併せ持つ液晶表示装置として、半透過型の液晶表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、背面側の下部基板上に配設された画素電極の一部を透明な透過領域とし、他の一部を反射領域として構成した液晶表示装置が記載されている。反射領域では、画素電極が反射光を偏光させる特性を有し、反射領域には偏光板が１枚のみ配設される。このため、この形式の液晶表示装置は、１枚偏光板方式の液晶表示装置とも呼ばれる。

上記特許文献の液晶表示装置によれば、周囲が明るい場合には、バックライトを消して反射型の液晶表示装置として使用し、周囲が暗い場合には、バックライトを点灯させて透過型の液晶表示装置として使用することが出来る。このため、低消費電力といった反射型の液晶表示装置の特長と、暗い環境下での視認性向上といった透過型の液晶表示装置の特長とを兼ね備えることが出来る。

しかし、特許文献１に記載の半透過型の液晶表示装置では、反射領域では入射光が液晶層を往復して通過し、透過領域では入射光が液晶層を１回のみ通過するため、双方の領域間で液晶層を通過する光の経路差が発生する。このため、双方の領域間でリタデーションが相異し、出射光強度を最適化できないという問題がある。また、透過型又は反射型の何れかの動作に際して、コントラストが低下し、或いは白黒表示時に着色が発生する。

上記問題に対しては、反射領域と透過領域との間に大きな段差を形成し、或いは、偏光板の内側に配設される、図示しない光補償板の反射率を最適化させる等の対策が成されている。しかし、この問題は、１枚偏光板方式の液晶表示装置に本質的な問題であって、これらの対策を行うことによって問題を軽減することは出来るが、完全には除去できず、また、これらの対策によってコストが高くなる。

一方、半透過型の液晶表示装置には、上記１枚偏光板方式のもの以外に、前面側の上部基板の前面及び背面側の下部基板の背面に偏光板をそれぞれ配設し、下部基板側の偏光板の背面に更に反射板を配設した、２枚偏光板方式のものがある。２枚偏光板方式の半透過型の液晶表示装置は、透過型及び反射型の何れの動作時にも、出射光強度が最適になるような設計が可能であり、また、低コントラストや白黒表示時の着色の発生も防止できる。
特開２００３−１５６７５６号公報（図１）

しかし、２枚偏光板方式の液晶表示装置では、半透過型に限らず、反射型の表示装置であっても、反射表示時に斜めから見ると表示像が２重に見える視差（パララックス）、意図しない色の表示が発生する混色、及び画素によって輝度が低下する輝度低下等の問題があった。本発明は、上記に鑑み、２枚偏光板方式の半透過型又は反射型の液晶表示装置において、反射表示時の視差、混色、及び輝度低下を抑制する液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る液晶表示装置は、液晶層を挟んで相互に対向する、前面側の第１の基板及び背面側の第２の基板と、前記第１の基板の前面側及び前記第２の基板の背面側にそれぞれ配設される第１及び第２の偏光板と、前記第２の偏光板の背面側に配設される反射板とを備える液晶表示装置において、
前記液晶層と前記反射板との間の距離Ｄが、0.8ｍｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。

本発明に係る液晶表示装置は、液晶層と反射板との間の距離Ｄが0.8ｍｍ以下であることによって、２枚偏光板方式の液晶表示装置で生じる２重像の間の距離を十分に小さくすることが出来る。これによって、反射表示時の視差、混色、及び輝度低下を抑制することが出来る。

本発明は、画素のピッチが0.33ｍｍ以下である液晶表示装置に適用することによって、良好な本発明の効果を得ることが出来る。この場合、前記距離Ｄが0.1ｍｍ以上、0.6ｍｍ以下であることによって、反射表示時の視差等をより良好に抑制することが出来る。

本発明では、画素のピッチが0.28ｍｍ以下である場合には、前記距離Ｄを0.7ｍｍ以下とすることによって、良好な本発明の効果を得ることが出来る。この場合、前記距離Ｄが0.1ｍｍ以上、0.5ｍｍ以下であることによって、反射表示時の視差等をより良好に抑制することが出来る。

本発明の好適な実施態様では、前記第１の基板が、アクティブマトリクス基板である。このアクティブマトリクス基板がカラーフィルタを備えることも出来る。この場合、第２の基板を透明基板や電極などの少ない要素で構成することが出来るので、第２の基板を更に薄くして、良好な本発明の効果を得ることが出来る。また、第２の基板の形成に必要な熱処理を大幅に減らすことができるので、熱に弱い材料を第２の基板に用いることが出来る。

第１の基板がアクティブマトリクス基板であり、このアクティブマトリクス基板がカラーフィルタを備える場合、第２の基板と第２の偏光板とを、１枚の偏光フィルムで構成することが出来る。これによって、距離Ｄを更に短くして、より良好な本発明の効果を得ることが出来る。本発明の好適な実施態様では、前記液晶層がネマティック型液晶層である。

本発明者は、２枚偏光板方式の半透過型及び反射型の液晶表示装置における、反射表示時の視差、混色、及び輝度低下の問題を解決するために、本発明に先立つ下記の検討を行った。図８に、検討に用いた、２枚偏光板方式の液晶表示装置における液晶パネル５０を示す。液晶パネル５０は液晶表示装置のライトバルブを構成し、背面側の下部基板５１と、前面側の上部基板５２と、下部基板５１と上部基板５２との間に挟持された液晶層５３とを備える。下部基板５１の背面には、下部基板５１側から、下部偏光板５４と、反射板５５とが順次に配設されている。上部基板５２の前面には、上部偏光板５６が配設されている。同図において、ｄ₁は下部基板５１の厚みを、ｄ₂は下部偏光板５４の厚みを、点Ｐ₁〜Ｐ₅は液晶層５３における各位置をそれぞれ示している。表示方式は、ノーマリホワイトのＴＮモードである。

本発明者は、先ず、液晶パネル５０において、視差等が発生する原因について検討を行った。外部からの入射光Ia，Ibは、液晶層５３を一旦通過し、反射板５５の表面で反射されて反射光IIa，IIbとなり、液晶層５３を再び通過する。反射板５５には、通常、拡散反射するものが用いられるので、反射光は拡散光である。従って、観察者には、反射光が反射板の表面から発せられたように見える。

点Ｐ₁における画素がＯＮに、その他の画素がＯＦＦになっている場合を考える。点Ｐ₁を通過する光は、点Ｐ₃で反射された反射光IIaと、点Ｐ₁から入射する入射光Ibである。入射光Ibは、点Ｐ₄で反射されて反射光IIbとなる。従って、観察者には反射光IIa及び反射光IIbが到達するため、点Ｐ₃と点Ｐ₄の両方に像が存在するように認識される。つまり、観察者には、２重像になって見えることになる。

ここで、液晶層５３の厚みは通常5μｍ程度であって、ｄ₁又はｄ₂と比較して十分に薄い。従って、２つの像の間の距離Ｌは、液晶層５３の厚みを無視して、２・（Ｄ・tanθ）と近似することが出来る。Ｄはｄ₁＋ｄ₂であって、本発明では下部実効厚と呼ぶ。上記式より、下部実効厚Ｄが大きく、且つ液晶パネルの法線方向に対する角度θが大きいほど、距離Ｌが大きくなる。距離Ｌが大きくなるほど、２重像が顕著に見えるようになる。

一方、点Ｐ₃で反射される入射光Iaは、液晶層の点Ｐ₂における画素を通過する。カラーフィルタ層を用いた液晶表示装置では、隣接する画素は、相互に異なる色の色層で構成されているため、混色及び輝度低下等も発生する。従って、視差、混色、及び輝度低下を抑制するには距離Ｌを小さくする必要があり、そのためには下部実効厚Ｄを小さくする必要がある。

電卓等の数字表示や１行レベルの文字表示においては、１数字又は１文字あたりの表示が大きく、また、モノクロ表示を採用しているので、距離Ｌが若干大きくても、視差等は観察者にとっては顕著に認識されない。しかし、アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、画素間の間隔が狭く、またカラー表示を採用しているので、視差等が観察者にとって顕著に認識される。

本発明者は、上記知見に基づき、視差等を抑制する液晶表示装置の構造として、上部基板にスイッチング素子を配設し、下部基板を小さな厚みを有するガラス又はプラスチック等で構成することとした。スイッチング素子が配設された上部基板は、例えばＣＯＡ（Color-filter on Active-matrix）基板であり、スイッチング素子がアレイ状に配設されたアクティブマトリクス（Active-matrix）上に、カラーフィルタが形成されている。

次に、どの程度の下部実効厚Ｄにおいて顕著な視差が発生するかを調べる実験を行い、下部実効厚Ｄと視差との関係を明確にした。図９に実験に用いた液晶表示装置の構成を示す。液晶表示装置１０は、光源を構成するバックライト１０Ａと、ライトバルブを構成する液晶パネル１０Ｂとを備える。液晶パネル１０Ｂは、下部基板１１と、ＣＯＡ基板として構成される上部基板１２と、下部基板１１及び上部基板１２の間に配設された液晶層１３とを備える。

下部基板１１は、透明基板１４と、透明基板１４上に形成された対向電極１５とを備える。透明基板１４は、小さな厚みを有するガラス又はプラスチックから成り、機械的強度を殆ど有しない。上部基板１２は、透明基板１６上にアレイ状に形成されたスイッチング素子１７と、スイッチング素子１７上に形成されたカラーフィルタ層１８と、カラーフィルタ層１８上に形成された画素電極１９とを備える。

スイッチング素子１７、カラーフィルタ層１８、及び画素電極１９は、画素２０毎に配設されている。スイッチング素子１７は、アモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ）、又は多結晶シリコン（poly-Ｓｉ）を用いたＴＦＴ素子、又はＭＩＭ素子等の薄膜ダイオード（ＴＦＤ）から成る。下部基板１１の背面には下部基板１１側から、下部偏光板２１と反射板２２とが順次に配設されている。上部基板１２の前面には、上部偏光板２３が配設されている。

実験は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型の液晶表示装置（ＴＦＴ-ＬＣＤ）を用い、下部基板１１の厚みを様々な値に変化させて視差の発生を観察した。液晶表示装置の下部基板１１の厚みの調整は、下部基板１１における透明基板１４の背面を研磨することにより行った。ＴＦＴ-ＬＣＤとして、画素ピッチが0.33ｍｍである１０．４型ＶＧＡ、及び画素ピッチが0.28ｍｍである１４型ＸＧＡをそれぞれ製造して、実験を行った。

画素ピッチが0.33ｍｍの液晶表示装置についての実験の結果、下部実効厚Ｄが0.8ｍｍを超えると、実用に耐えない視差が発生した。0.6ｍｍ〜0.8ｍｍの間では、視差は若干あるものの実用に耐えうる程度であり、0.6ｍｍ未満では、実用上は全く問題がなかった。また、画素ピッチが0.28ｍｍの液晶表示装置についての実験の結果、画素ピッチが0.33ｍｍの液晶表示装置に比べて、下部実効厚Ｄを約0.1ｍｍ程度小さくする必要があることが判った。

本発明者は、次に、偏光板及び反射板の具体的な構成について検討した。上部基板１２の前面に配設される上部偏光板２３には、通常の偏光フィルムを用いることができ、例えば、住友化学製のSQ-1852APを用いることが出来る。上部偏光板２３の前面に、更に多層膜から成る反射防止膜（ＡＲ膜）を形成することによって、直射日光下で偏光フィルム表面における反射を抑えて、表示特性を更に向上させることが出来る。

下部基板１１と、下部基板１１の背面に配設される下部偏光板２１及び反射板２２の代表的な構造を、下記(1)〜(3)に具体的に示す。(2)の構造では、輝度向上フィルムの背面、即ち輝度向上フィルムと空気との界面で光の一部が反射するため、輝度向上フィルムが反射板２２として機能する。
(1) 下部基板／接着層／下部偏光板／接着層／反射板
(2) 下部基板／接着層／下部偏光板／接着層／輝度向上フィルム
(3) 下部基板／接着層／下部偏光板／接着層／輝度向上フィルム／反射板

反射板２２には、光を全く透過させない全反射型、一部の光を透過させる半透過型、及び微量の光を反射させて大部分の光を透過させる微反射型等の種々のタイプのものを用いることが出来る。反射板２２は、代表的には、ポリマーフィルムをベースとし、その上にアルミ等の金属、又は誘電体多層膜の蒸着を行って形成されるが、これ以外の方法によって形成しても構わない。反射板２２の厚みは、代表的には50〜100μｍである。

下部基板１１の背面に貼り付けられた下部偏光板２１及び反射板２２による反射光は、ミラー反射光にならないように、拡散光にする必要がある。拡散光を得るには、反射板の表面を凹凸に形成し、或いはより簡便には接着層中に微粒子を分散させることによって実現することが出来る。

(1)の構造は、通常の所謂「反射板付偏光フィルム」を下部基板１１の背面に貼り付けたものである。同構造における下部実効厚Ｄは、下部基板／接着層／下部偏光板／接着層の各層の厚みの和である。各層の厚みの代表的な値としては、接着層が20〜40μｍ、下部偏光板が100〜200μｍである。従って、下部実効厚Ｄの代表的な値は、下部基板の厚みに140〜280μｍを加えた値である。同構造では、半透過型の反射板として、例えば、住友化学工業株式会社製の製品名SJ1862AP AS-011（反射率＝18.3％，透過率＝21.2％）を用いることが出来る。

(2)又は(3)の構造における輝度向上フィルムには、例えばコレステリック液晶を応用した偏光分離方式高透過率偏光板を用いることができ、例えば住友スリーエム株式会社製の製品名ＤＢＥＦを用いることが出来る。輝度向上フィルムの厚みは、代表的には100〜200μｍである。(2)及び(3)の構造における下部実効厚Ｄは、輝度向上フィルムの背面で反射が起きるため、下部基板／接着層／下部偏光板／接着層／輝度向上フィルムの各層の厚みの和である。従って、下部実効厚Ｄの代表的な値は、下部基板１１の厚みに240〜480μｍを加えた値である。

下部基板１１は、上部基板１２を構成するＣＯＡ基板と比べて小さな厚みを有し、透明基板１４は、例えばガラス又はプラスチックで構成することが出来る。プラスチック基板の材料として、例えばポリカーボネート(ＰＣ)樹脂やポリエーテルスルホン(ＰＥＳ)樹脂があるが、他の材料を用いることもできる。透明基板１４の厚みは、代表的には0.1ｍｍ〜0.2ｍｍ程度である。

下部実効厚Ｄの下限は、表示特性上は特に制限はないが、入手可能な材料の観点から、実用的には100μｍである。透明基板１４をプラスチック基板で構成する場合には、プラスチック基板の厚みの下限は実用的に50μｍであり、下部偏光板及び接着層を合わせた厚みの下限は70μｍであるので、この場合の下部実効厚Ｄは120μｍになる。

図９中に図示していないが、対向電極１５の前面及び画素電極５０の背面には、配向された配向膜がそれぞれ形成される。配向された配向膜は、通常のポリイミド樹脂を塗布、焼成して配向膜を形成した後に、ラビングを行うことによって形成することが出来る。或いは、低温プロセスを用いた光配向、又は、プラズマ処理等によって形成することも出来る。液晶パネル１０Ｂ内への液晶注入には、通常行われているシール焼成後に液晶を真空注入する方法の他に、大気中、または真空中で、液晶滴下を行い、張りあわせ後、シールをＵＶ硬化させる方法を用いることができる。

上述したように、２枚偏光板方式の半透過型又は反射型の液晶表示装置における、視差等の問題は、下部実効厚Ｄに強く依存しており、下部実効厚Ｄが0.8mm以下であることが好適で、特に下部実効厚Ｄを0.5mm以下にすることによって実用上で問題がない程度に改善されることが判った。従って、本発明者は、下部実効厚Ｄを0.8mm以下に、好ましくは0.5mm以下に設定することによって、２枚偏光板方式の半透過型又は反射型の液晶表示装置における、視差等を抑制することとした。

なお、液晶表示装置の表示方式としては、ネマティック液晶を用いた方式が好適であり、特にツイステッド・ネマティック（ＴＮ）方式、インプレイン・スイッチング（ＩＰＳ）方式、又は垂直配向（ＶＡ）方式が特に適している。これは、液晶層の上下に偏光板が配設されることによって、高コントラストが得られ、また白黒表示時の着色を防止できるからである。

以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。本発明の第１実施形態例の液晶表示装置は、２枚偏光板方式の半透過型の液晶表示装置であって、図９に示した液晶表示装置と同様の構成を有している。図１に第１実施形態例の液晶表示装置における上部基板の断面を示す。同図では、上部基板の背面側が上側になるように示している。上部基板１２はＣＯＡ基板として構成され、スイッチング素子として逆スタガー型のＴＦＴを備える。

上部基板１２は、ガラス等の絶縁性透明基板１６と、透明基板１６上に配設されたゲート電極３１ａとを備え、ゲート電極３１ａを覆って、ゲート絶縁膜３２が形成されている。ゲート絶縁膜３２上には、ゲート電極３１ａに対応して、半導体層３３が形成されている。半導体層３３の一方の端部付近の背面にはソース電極３５ａが、他方の端部付近の背面にはドレイン電極３６ａが配設されている。ソース電極３５ａ及びドレイン電極３６ａと半導体層３３との間のコンタクトのために、高濃度ｎ型アモルファスシリコン（ｎ⁺型ａ-Ｓｉ）から成るオーミックコンタクト層３４が形成されている。ＴＦＴのチャネル部３８Ａではオーミックコンタクト層３４が除去され、チャネルエッチ型のＴＦＴを構成している。

ソース電極３５ａ、ドレイン電極３６ａ、及び半導体層３３を覆って、ゲート絶縁膜３２上にパッシベーション膜３７が形成されている。パッシベーション膜３７上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の各色層を構成するカラーフィルタ層４０が、各画素表示領域に対応して形成されている。パッシベーション膜３７上には、画素の有効開口領域以外に、遮光用のブラックマトリクス４２が形成されている。カラーフィルタ層４０とブラックマトリクス４２とが接する部分では、ブラックマトリクス４２の縁部がカラーフィルタ層４０の縁部上に重なるように形成されている。ブラックマトリクス４２は、隣り合う画素同士で連続して形成されており、この場合、下地との接触面積が増えて、ブラックマトリクス４２のパターン剥がれを抑制することが出来る。

開口部４５は、カラーフィルタ層４０又はブラックマトリクス４２に形成することができる。形成の順序としては、各色のカラーフィルタ層４０を形成した後、ブラックマトリクス４２を形成する。

カラーフィルタ層４０の材料としては、通常用いられるアクリル系の顔料分散型感光性樹脂を用いることが出来る。顔料は、一般的な有機顔料等から適宜選択することが出来る。ブラックマトリクス４２の顔料には、例えばカーボン、酸化チタン、及び黒色の有機顔料等があり、本実施形態例ではカーボンが最も好ましい。黒色の有機顔料としては、数種の色の混合物を用いることも出来る。

カラーフィルタ層４０、ブラックマトリクス４２、及び一部露出したパッシベーション膜３７上には、オーバーコート層４１が形成されている。オーバーコート層４１及びパッシベーション膜３７を貫通して、ドレイン電極３６ａに到達するコンタクトスルーホール３９が形成されている。コンタクトスルーホール３９の近傍には、カラーフィルタ層４０が形成されておらず、開口部４５を構成している。画素電極１９は、オーバーコート層４１上及びコンタクトスルーホール３９内に連続して形成され、ドレイン電極３６ａに接続している。ドレイン電極３６ａは、画素電極１９との接続のための引き出し電極として機能する。

図２（ａ）は、第１実施形態例の上部基板１２について、１画素における各配線及び電極等を、それぞれ示す平面図である。なお、図１に示した断面は、同図のＡ−Ａ’断面に相当する。同図において、画素電極１９の周囲に、ゲート配線３１及びソース配線３５が互いに直交するように配設され、ＴＦＴ３８は、ゲート配線３１とソース配線３５との交差位置の近傍に配設されている。ＴＦＴ３８では、ゲート電極３１ａはゲート配線３１に、ソース電極３５ａはソース配線３５にそれぞれ接続されている。同図中に、ドレイン電極３６ａ及びコンタクトスルーホール３９についても示している。

図２（ｂ）は、第１実施形態例の上部基板１２について、１画素におけるカラーフィルタ層４０及びブラックマトリクス４２等を示す平面図である。同図において、開口部４５の近傍を除き、画素電極１９に略対向してカラーフィルタ層４０が配設されている。画素電極１９の外側には、ＴＦＴ３８及びゲート配線を覆って、ブラックマトリクス４２が配設されている。

本実施形態例における下部基板１１では、透明基板１４は膜厚が0.2ｍｍのプラスチック基板から成る。下部基板１１の背面には、下部偏光板２１及び反射板２２の具体的な構造として、接着層（図示せず）／下部偏光板２１／接着層（図示せず）／輝度向上フィルム（図示せず）／反射板２２の構成を有する積層構造が形成されている。反射板２２には、表面に酸化チタン等の高屈折率膜が形成された、微反射型の反射板を用いる。輝度向上フィルムには、住友スリーエム株式会社製の製品名ＤＢＥＦを用いる。

本実施形態例における下部実効厚Ｄは、下部基板１１／接着層／下部偏光板２１／接着層の各層の膜厚の総和である。下部基板１１の厚みが0.2ｍｍ、接着層の厚みが20μｍ、下部偏光板２１の厚みが100μｍであるので、本実施形態例における下部実効厚Ｄは、340μｍである。上部偏光板２３には、ＡＲコートが施された偏光フィルムを用いる。

図３に、液晶表示装置１０の回路構成を示す。液晶表示装置１０では、複数のゲート配線３１及び複数のソース配線３５が相互に直交して配設されている。ゲート配線３１及びソース配線３５は、ゲート端子３１ｂ及びデータ端子３５ｂにそれぞれ接続されている。ゲート端子３１ｂ及びデータ端子３５ｂは、それぞれ表示用の外部信号処理基板と接続される。ＴＦＴ３８は、ゲート配線３１とソース配線３５との交差位置の近傍に配設され、ゲート配線３１及びソース配線３５は、ＴＦＴ３８のゲート電極及びソース電極にそれぞれ接続されている。

ＴＦＴ３８のドレイン電極は、液晶層１３を挟む電極の一方を構成する画素電極に接続されている。液晶層１３を挟む電極の他方を構成する対向電極は接地されている。ゲート端子３１ｂは、ゲート配線３１にＴＦＴ３８のスイッチング駆動を行う走査信号を供給する。データ端子３５ｂは、ソース配線３５に映像信号としてのデータ信号を供給し、ＴＦＴ３８のスイッチング駆動によって、画素電極にデータ信号による電荷が蓄積される。

図１、及び図２（ａ）、（ｂ）中には図示していないが、ＴＦＴ３８のドレイン電極は、付加容量電極として機能する画素容量４３の一方の電極にも接続されている。画素容量４３の他方の電極は、隣接するゲート配線３１に接続される。

本実施形態例によれば、上部基板１２をＣＯＡ基板で構成し、且つ下部実効厚Ｄを120μｍに設定することによって、２重像の間の距離Ｌを十分に小さくすることが出来る。これによって、２枚偏光板方式の半透過型の液晶表示装置における、反射表示時の視差、混色、及び輝度低下を十分に抑制することが出来る。

本実施形態例で、上部基板１２を構成するＣＯＡ基板は、ガラス等の透明基板上にスイッチング素子を配設し、その上にカラーフィルタ層が配設された基板であればよい。スイッチング素子の構成にも制限はなく、ＴＦＴに限らずＭＩＭダイオード等であってもよい。ＴＦＴは、ゲート電極が下側に位置する逆スタガー型でなくとも、順スタガー型であってもよい。また、各カラーフィルタ層４０は、フルカラー表示のために一般的にはＲ、Ｇ、及びＢの３色で構成されるが、適宜変更することもできる。

また、本実施形態例の液晶表示装置では、上部基板１２以外の構成については、特に制限はなく、例えば液晶材料、配向膜、透明基板、及び対向電極等については、一般的なアクティブマトリクス型の液晶表示装置の構成を用いることが出来る。

本実施形態例では、カラーフィルタ層４０に開口部４５が形成されているが、ブラックマトリクス４２に開口部４５を形成してもよい。図６は、実施形態例の変形例に係る上部基板の構成を示す断面図であり、図７は、同変形例に係る上部基板の構成を示す平面図である。図６における断面は、図７のＡ−Ａ’断面である。本変形例の上部基板１２では、コンタクトスルーホール３９は、ブラックマトリクス４２に形成された開口部４５の内側に形成されている。ブラックマトリクス４２は、少なくともＴＦＴを覆うように形成されている。本変形例の上部基板１２は、上記を除いては本実施形態例の上部基板１２と同様の構成を有している。

なお、ブラックマトリクス４２は、ＴＦＴ３８上以外でもゲート配線３１上を覆うように形成してもよく、カラーフィルタ層４０が形成されていない領域の全てに形成してもよい。開口部４５では更に、断面で見たときに、一方の側がカラーフィルタ層４０で他方の側がブラックマトリクス４２に成るように形成されていてもよい。

図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ｅ）〜（ｈ）は、第１実施形態例の液晶表示装置１０を製造する、各製造段階を示す断面図である。先ず、図４（ａ）に示すように、0.5ｍｍの厚みを有するガラス等の絶縁性透明基板１６上に、公知の方法を用いてチャネルエッチ型ＴＦＴを形成する。即ち、先ず、スパッタリング装置を用いて、透明基板１６上に100〜400ｎｍの厚さの導電層を堆積する。導電層は、例えばＡｌ、Ｍｏ、又はＣｒなどの金属膜で構成される。次いで、フォトリソグラフィ法等を用いて導電層をパターニングし、ゲート配線、ゲート電極３１ａ、及びゲート端子を形成する。

次に、プラズマＣＶＤを用いて、窒化シリコンなどから成るゲート絶縁膜３２、ａ-Ｓｉ層、及びｎ⁺型ａ-Ｓｉ層を、それぞれ400ｎｍ程度、300ｎｍ程度、50ｎｍ程度の厚さで連続的に堆積する。次いで、ａ-Ｓｉ層及びｎ⁺型ａ-Ｓｉ層を一括してパターニングし、それぞれ半導体層３３及び半導体層３３上に残存するｎ⁺型ａ-Ｓｉ層に形成する。

次に、半導体層３３上に残存するｎ⁺型ａ-Ｓｉ層を覆ってゲート絶縁膜３２上に、スパッタリング装置を用いて、100〜200ｎｍの厚さでＭｏ又はＣｒなどの金属膜を堆積する。次いで、フォトリソグラフィ法等を用いて金属膜のパターニングを行い、ソース電極３５ａ、ソース配線、ドレイン電極３６ａ、及びデータ端子に形成する。パターニングによって同時に、ＴＦＴのチャネル部３８Ａ上であって、ソース電極３５ａ及びドレイン電極３６ａの下部以外のｎ⁺型ａ-Ｓｉ層も除去して、オーミックコンタクト層３４に形成する。

次に、プラズマＣＶＤを用いて、ＴＦＴのチャネル部３８Ａ、ソース電極３５ａ、ソース配線、ドレイン電極３６ａ、及びデータ端子を覆って、ゲート絶縁膜３２上に窒化シリコンなどの無機膜から成る、厚さが100〜200ｎｍ程度のパッシベーション膜３７を成膜する。

次に、図４（ｂ）に示すように、赤色顔料をアクリル系樹脂に分散させたネガ型光硬化性カラーレジストを、スピンコート法で基板上に塗布する。膜厚は約1.2μm程度になるようスピン回転数を調整する。次いで、ホットプレートを用いて、８０℃で２分間保持するプリベークを行い、露光を行う。引き続き、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド）液で現像し、対応する部分に赤色カラーフィルタ層４０ａを形成する。この際、ドレイン電極３６ａと画素電極１９を接続するためのコンタクトスルーホール３９を形成する領域には、赤色カラーフィルタ層４０ａを設けず開口部４５を設ける。開口部４５の大きさは、少なくともコンタクトスルーホール３９が含まれる程度の大きさである。引き続き、クリーンオーブンで２２０℃で６０分間保持する焼成を行い、赤色カラーフィルタ層４０ａを硬化させる。

次に、同様にして、図４（ｃ）に示すように、緑色カラーフィルタ層４０ｂの形成及び焼成による硬化を行う。次いで、図４（ｄ）に示すように、同様に青色カラーフィルタ層４０ｃの形成及び焼成による硬化を行う。なお、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に隣接する画素について示し、図４（ｄ）は、図４（ｂ）、（ｃ）に隣接する画素について示している。

次に、図５（ｅ）に示すように、ブラックマトリクス４２を形成する。ブラックマトリクス４２には、アクリル樹脂にカーボン等の顔料を分散させた、感光性樹脂ブラックマトリクスを用いる。本実施形態例では、粘度が20ｃＰ程度の材料を、スピンコート法を用いて、基板上に約1.5μｍの膜厚に形成する。この際に、開口部４５内には形成しない。

次に、図５（ｆ）に示すように、平坦化のために、例えばアクリル系の透明の感光性樹脂を塗布する。次いで、露光及び現像を行い、開口部４５の内側にコンタクトスルーホール３９を形成する。引き続き、２２０℃で６０分間の焼成を行い、樹脂を硬化させることによって、オーバーコート層４１を形成する。

次に、図５（ｇ）に示すように、例えばノボラック系感光性樹脂レジスト４４を塗布する。次いで、パターニングを行った後に、ノボラック系感光性レジスト４４をマスクとしてパッシベーション膜３７をエッチングして、ドレイン電極３６ａに到達するコンタクトスルーホール３９を形成する。コンタクトスルーホール３９の形成と同時に、データ端子上の不要なパッシベーション膜３７と、ゲート端子上の不要なゲート絶縁膜３２についても除去する。

本実施形態例では、ブラックマトリクス４２の形成をカラーフィルタ層４０ａ，４０ｂ，４０ｃの形成後に行っているため、コンタクトスルーホール３９に残渣が全く無く、パッシベーション膜３７のエッチング異常が発生しない。また、画素電極１９となる導電膜のスパッタリング前にコンタクトスルーホール３９を開口するため、開口部が酸化や工程汚染の影響を受けない。従って、画素電極１９とドレイン電極３６ａとの間の接続抵抗が低く、良好なアクティブマトリクス基板を得ることが出来る。

次に、図５（ｈ）に示すように、ノボラック系感光性樹脂レジスト４４を剥離した後、スパッタ法を用いて、オーバーコート層４１、及びコンタクトスルーホール３９表面に露出したドレイン電極３６ａ上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等から成る透明導電膜を成膜する。次いで、透明導電膜をパターニングすることによって、画素電極１９を形成する。画素電極１９の形成に際して、膜厚が厚いほど良好なカバレッジが得られ、ドレイン電極３６ａとの電気的な接続が安定するが、ＩＴＯ膜の加工性を考慮すると、約100ｎｍの膜厚が適当である。

色カラーフィルタ層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ及びブラックマトリクス４２の厚さは使用する材料等によって変わるが、一般的な材料を用いた場合、色カラーフィルタ層４０ａ，４０ｂ，４０ｃについては塗布時で1.0〜1.5μｍ程度、ブラックマトリクス４２については塗布時で1.0〜2.0μｍ程度である。また、オーバーコート層４１の厚さは、表面を平坦化できる程度であればよく、通常は塗布時で2.5〜4.5μｍ程度である。

次に、厚さが0.2mmのポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂から成る透明基板１４上に、公知の方法を用いてＩＴＯ膜から成る対向電極１５を形成し、下部基板１１を形成する。次いで、対向電極１５の前面及び画素電極１９の背面に、公知の方法を用いて配向膜を形成する。配向膜には低温焼成型のポリイミド樹脂を用いる。

引き続き、下部基板１１及び上部基板１２を、公知の方法を用いて重ね合わせ、液晶を注入することによって液晶パネル１０Ｂを形成する。液晶にはカイラル材をドープした通常のＴＮ用液晶材料を用いる。液晶層１３の厚み、つまりパネルギャップは5μｍとする。パネル製作は、通常のパネル製作と同様に、スペーサを用いてギャップを制御し、周辺シールには熱硬化型のエポキシ樹脂を用いる。

次に、上部基板１２の前面に、ＡＲコートが施された上部偏光板２３を貼り付ける。次いで、下部基板１１の背面に、接着層（図示せず）／下部偏光板２１／接着層（図示せず）／輝度向上フィルム（図示せず）／反射板２２の構成を有する積層構造を貼り付けることによって、液晶パネル１０Ｂを作製することができる。最後に、作製した液晶パネル１０Ｂとバックライト１０Ａとを一体化させることによって、本実施形態例の液晶表示装置１０を製造することが出来る。

第１実施形態例の液晶表示装置１０を製造して、実施例の液晶表示装置とした。バックライト１０Ａとして1100ｃｄ／ｍ²のＬＥＤ型バックライトを用いた。また、上部偏光板２３の偏光軸と下部偏光板２１の偏光軸とを相互に直交させ、ノーマリホワイトＴＮ型の液晶モードとして動作させた。

バックライトを点灯せず、反射型の液晶表示装置として実施例の液晶表示装置を評価したところ、液晶パネルの法線方向に対して60度以上斜めから見ても、２重像等の視差については全く観察されなかった。これにより、本実施形態例の液晶表示装置で、視差が十分に抑制されることが確認できた。コントラストは、約40であった。バックライトを点灯して、透過型の液晶表示装置として実施例の液晶表示装置を評価したところ、コントラストが190で、白輝度で83ｃｄ／ｍ² であった。

本発明の第２実施形態例に係る液晶表示装置について説明する。本実施形態例では、偏光フィルムを下部基板１１として用い、下部偏光板２１を別途配設しないことを除いては、第１実施形態例の液晶表示装置と同様の構成を有している。本実施形態例の液晶表示装置によれば、下部偏光板２１を配設しないので、第１実施形態例の場合と比して下部実効厚Ｄを更に小さくして、視差等を更に効果的に抑制することが出来る。

本実施形態例に係る液晶表示装置の製造方法は、配向方法として、特開2000-122064号公報に記載の、キセノン原子ビームを用いた方法を用いる。この配向方法を用いることによって、通常用いられるラビング法と比べて、配向膜形成時の温度を低くして、且つ機械的なストレスを小さくすることが出来る。また、偏光板のようなフィルム上であっても安定な配向が得られる。

本実施形態例に係る液晶表示装置の製造方法では、また、特開2001-174829号公報に記載の、液晶滴下法によるパネル製作法を用いる。本実施形態例の液晶表示装置は、上記を除いては、第１実施形態例の液晶表示装置と同様の構成を有している。

本実施形態例によれば、上部基板１２をＣＯＡ基板として構成することによって、下部基板１１が加熱される工程を大幅に減らすことが出来る。基板が加熱される工程は、例えばＣＶＤ装置やスパッタリング装置を用いて層を堆積する工程、フォトリソグラフィ工程、及びカラーフィルタ層の焼成を行う工程などである。また、配向方法として、キセノン原子ビーム法を用いたことによって、配向膜形成時の温度を低くして、且つ機械的なストレスを小さくすることが出来る。これによって、下部基板１１に熱や機械的ストレスに弱い偏光板を用いることができる。なお、配向方法として、イオンビーム配向法を用いても、フィルム上に安定した配向が得られる。

以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係る液晶表示装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した液晶表示装置も、本発明の範囲に含まれる。

第１実施形態例の液晶表示装置について、上部基板の構成を示す断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態例の液晶表示装置について、上部基板の構成をそれぞれ示す平面図である。 第１実施形態例の液晶表示装置の回路構成を示す回路図である。 図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第１実施形態例の液晶表示装置を製造する各製造段階を示す断面図である。 図５（ｅ）〜（ｈ）はそれぞれ、第１実施形態例の液晶表示装置を製造する、図４に後続する各製造段階を示す断面図である。 変形例の液晶表示装置について、上部基板の構成を示す断面図である。 変形例の液晶表示装置について、上部基板の構成を示す平面図である。 検討に用いた液晶パネルの構成を示す断面図である。 上部基板をＣＯＡ基板で構成した、２枚偏光板方式の半透過型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０：液晶表示装置
１０Ａ：バックライト
１０Ｂ：液晶パネル
１１：下部基板
１２：上部基板
１３：液晶層
１４：透明基板
１５：対向電極
１６：透明基板
１７：スイッチング素子
１８：カラーフィルタ層
１９：画素電極
２０：画素
２１：下部偏光板
２２：反射板
２３：上部偏光板
３１：ゲート配線
３１ａ：ゲート電極
３１ｂ：ゲート端子
３２：ゲート絶縁膜
３３：半導体層
３４：オーミックコンタクト層
３５：ソース配線
３５ａ：ソース電極
３５ｂ：データ端子
３６ａ：ドレイン電極
３７：パッシベーション膜
３８：ＴＦＴ
３８Ａ：チャネル部
３９：コンタクトスルーホール
４０：カラーフィルタ層
４０ａ：赤色カラーフィルタ層
４０ｂ：緑色カラーフィルタ層
４０ｃ：青色カラーフィルタ層
４１：オーバーコート層
４２：ブラックマトリクス
４３：画素容量
４４：ノボラック系感光性樹脂レジスト
４５：開口部
５０：液晶パネル
５１：下部基板
５２：上部基板
５３：液晶層
５４：下部偏光板
５５：反射板
５６：上部偏光板
Ia，Ib：入射光
IIa，IIb：反射光

Claims (9)

1. 液晶層を挟んで相互に対向する、前面側の第１の基板及び背面側の第２の基板と、前記第１の基板の前面側及び前記第２の基板の背面側にそれぞれ配設される第１及び第２の偏光板と、前記第２の偏光板の背面側に配設される反射板とを備える液晶表示装置において、
   前記液晶層と前記反射板との間の距離Ｄが、0.8ｍｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 画素のピッチが0.33ｍｍ以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記距離Ｄが0.1ｍｍ以上、0.6ｍｍ以下である、請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 画素のピッチが0.28ｍｍ以下であり、前記距離Ｄが0.7ｍｍ以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記距離Ｄが0.1ｍｍ以上、0.5ｍｍ以下である、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の基板が、アクティブマトリクス基板である、請求項１〜５の何れか一に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１の基板がカラーフィルタを備える、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２の基板と前記第２の偏光板とを１枚の偏光フィルムで構成する、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層がネマティック型液晶層である、請求項１〜８の何れか一に記載の液晶表示装置。
   

Images